Um mit den modernen Forschungsanforderungen Schritt zu halten, streben Bildgebungszentren auf der ganzen Welt eine stärkere Automatisierung und Geräteintegration an. Mit anpassungsfähigen und fortschrittlichen Werkzeugen können Forscher ein breiteres Spektrum an dynamischen Zellprozessen erfassen.
Bei der Entwicklung neuer und fortschrittlicherer Bildgebungssysteme für die moderne Forschung arbeiten die Gerätehersteller eng mit Kunden und anderen Anbietern zusammen. Im Rahmen einer solchen Zusammenarbeit haben wir ein anpassungsfähiges Bildgebungs- und Durchflussregelungssystem entwickelt.*
Dr. Kai Schleicher, Spezialist für moderne Mikroskopie an der Imaging Core Facility des Biozentrums der Universität Basel, Dr. Sebastien Peter, Vertriebsspezialist bei Olympus, und Elveflow, ein Hersteller von mikrofluidischen Geräten, haben gemeinsam eine Lösung entwickelt, die die Koordinierung von konfokaler Bildgebung und mikrofluidischer Durchflussregelung mit der Bildgebungssoftware cellSens von Olympus ermöglicht.
Dieses System kann nicht nur Zellen unter Perfusionsbedingungen darstellen, sondern unterstützt auch die schnelle und präzise Handhabung von Flüssigkeiten – ein großer Vorteil bei Experimenten, die Wirkstoffbehandlungen oder Pufferwechsel erfordern.
Die ursprüngliche Motivation für das anpassungsfähige Bildgebungs- und Durchflussregelungssystem
Die Projektidee entstand durch eine konkrete Anfrage, und Dr. Schleicher sah sofort die vielen Vorteile einer anpassungsfähigen Lösung, die konfokale Bildgebung mit Mikrofluidik verbindet.
Er erklärte: „Ein Forscher wollte ein System einrichten, das die Steuerung mikrofluidischer Geräte mit mehreren Eingängen und unterschiedlichen Drücken über die Mikroskop-Software ermöglicht, um eine koordinierte Bildgebung zu erhalten. Für eine Bildgebungseinrichtung ist es wichtig zu überlegen, wie unsere Systeme an ein breiteres Anwendungsspektrum angepasst werden können. Dieses Projekt eignete sich ideal für die Geräteintegration.“
Das Biozentrum der Universität Basel
Die Auswahl der richtigen Geräte für die Integration von Mikrofluidik und Mikroskopie
Um dieses Projekt in Gang zu bringen, kontaktierte Dr. Schleicher zunächst Dr. Peter von Olympus, da dieser bereits mit den Mikroskopen und der Software von Olympus vertraut war. Das Biozentrum ist unter anderem mit Olympus IXplore™ Mikroskopsystemen ausgestattet. Dabei ist das hochauflösende Mikroskopsystem IXplore SpinSR bei den Forschern besonders beliebt.
„Wir haben uns für die Zusammenarbeit mit Olympus entschieden, weil wir mit dem Unternehmen gute Erfahrungen gemacht und stets die notwendige Unterstützung erhalten haben“, erklärt Dr. Schleicher.
Das hochauflösende Mikroskopsystem Olympus IXplore SpinSR mit Echtzeitsteuerung (RTC)
Aufgrund seiner Flexibilität war das IXplore SpinSR-Mikroskopsystem ideal für diese integrierte Bildgebungslösung.
Dr. Schleicher erklärt: „Das IXplore SpinSR-System verfügt über eine Echtzeitsteuerung (RTC) und kann deshalb problemlos mit Geräten von Drittanbietern verbunden werden. Dadurch ist die Anpassung an sich ändernde Kundenanforderungen kein Problem mehr. Die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit des IXplore SpinSR Mikroskops und der cellSens Software sorgen für eine einfache Nutzung des Systems. Die hochwertige 3D-Darstellung von lebenden Zellen mit dem Mikroskop ermöglicht eine breite Palette von nachgelagerten Anwendungen.“
Der mikrofluidische Durchflussregler Elveflow OB1
Im nächsten Schritt musste ein geeignetes mikrofluidisches System ausgewählt werden. Dr. Schleicher und Dr. Peter entschieden sich schnell für den mikrofluidischen Durchflussregler OB1 von Elveflow.
„Wir haben uns für den mikrofluidischen Durchflussregler OB1 entschieden, da er eine präzise Steuerung der Durchflussraten auf mehreren Kanälen ermöglicht und die Flexibilität bietet, Signale von der Echtzeitsteuerung zu senden und zu empfangen. Das ermöglicht eine genaue Koordination von Bildgebung und Durchflussregelung“, erklärt Dr. Schleicher.
Hardwarekonfiguration und Tests für das Bildgebungs- und Durchflussregelungssystem
Das Bildgebungs- und Durchflussregelungssystem in der Imaging Core Facility des Biozentrums
Nachdem der Plan stand, ging es an die Konfiguration und Prüfung der Hardware. Die Kommunikation zwischen dem IXplore SpinSR System und dem mikrofluidischen Durchflussregler OB1 klappte problemlos. Dabei wurden die Geräte mit Standard-BNC-Kabeln verbunden.
In dieser Konfiguration können Sequenzen, die mit der cellSens-Software geschrieben wurden, die Aktivität des IXplore SpinSR Systems steuern und die Aktivierung von Sequenzen auslösen, die mit der Elveflow ESI-Software geschrieben wurden – und damit die Aktivität der mikrofluidischen Pumpe für die automatische Handhabung von Flüssigkeiten steuern.
Die cellSens Software kann zudem Rückmeldungen von externen Geräten wie dem OB1-Regler empfangen. Das bedeutet, dass Benutzer einfache Ein/Aus-Protokolle und dynamischere Protokolle erstellen können, die eine Kommunikation zwischen den Geräten beinhalten.
Olympus cellSens Software mit Schnittstellen zum Elveflow-Sequenzer
Durch das Schreiben und Ausführen mehrerer Sequenzen mit der cellSens Software ließ sich schnell bestätigen, dass das System effizient arbeitet.
Dr. Schleicher: „Die cellSens Software ist wirklich gut. Dank der einfachen Drag-and-Drop-Schnittstelle lassen sich Protokolle sehr leicht schreiben und ausführen. Die Möglichkeit, allgemeine Einstellungen zu sichern und sie von individuellen Benutzereinstellungen zu trennen, ist nützlich, damit Benutzer nicht versehentlich Sequenzen ändern, die in unserer Bildgebungseinrichtung häufig verwendet werden.“
Innerhalb weniger Stunden hatten sie ein intuitives automatisiertes System entwickelt, das für eine Vielzahl von Bildgebungsaufgaben geeignet ist.
Dr. Schleicher merkt an: „Das Großartige an diesem kombinierten Mikroskop- und Durchflussregelungssystem ist seine Flexibilität sowie die einfache Bedienung und Konfiguration. Außerdem erfordert das System nur sehr wenig Einarbeitung. Das ist wichtig, denn die Nutzer in unserer Einrichtung wollen ein intuitives System, bei dem sie sich selbst überzeugen können, dass es funktioniert.“
Langfristige Forschung und wissenschaftliche Entdeckungen durch Zusammenarbeit
Dr. Schleicher ist der Meinung, dass die Zusammenarbeit ein Schlüsselfaktor für den schnellen und unkomplizierten Integrationsprozess war.
„Die Unterstützung von Olympus und Elveflow vereinfachte den Prozess für uns sehr. Ich glaube, dass jeder die gleichen Ergebnisse in der gleichen Zeit wie wir erreichen könnte, ohne dass er große Erfahrung mit der Integration von Geräten haben müsste. Ich würde auf jeden Fall jedem raten, sich an diese Unternehmen zu wenden, um Hilfe zu bekommen“, so Dr. Schleicher.
Da unser Verständnis komplexer biologischer Systeme immer weiter fortschreitet, ist es klar, dass die Funktionserweiterung der Bildgebungssysteme zur Bewältigung einer größeren Anzahl von umfangreichen Anwendungen in der modernen Forschung entscheidend sein wird.
Durch die Zusammenarbeit mit Geräteanbietern wie Olympus und Elveflow können Bildgebungszentren die Synergieeffekte nutzen, die sich aus der Kombination ihrer Bildgebungssysteme mit externen Geräten ergeben. So entstehen leistungsstarke Werkzeuge, die neue wissenschaftliche Durchbrüche ermöglichen und den Nutzern helfen, sich an die sich schnell ändernden Anforderungen der modernen Forschung anzupassen.
Danksagung: Alle in diesem Blogbeitrag erwähnten Elveflow-Geräte wurden freundlicherweise von Simon Van Vliet und Hector Arturo Gonzalez aus dem Jenal-Labor am Biozentrum der Universität Basel zur Verfügung gestellt.
Artikel auch auf ElveFlow.com veröffentlicht
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